硅锰合金生产技术及工艺优化探析

硅锰合金生产技术及工艺优化探析

摘要：在社会经济水平快速发展的背景下，工业生产也迎来了全新的变革机会，社会各界在工业产量需求上提升到了全新的高度水平。而在工业生产流程下，硅锰合金就属于较为普遍的国金原料，而市面上的需求也在逐渐增长。硅锰合金生产中普通存在渣铁分离不好、翻渣、电流送不上、产量低、电耗高等问题，在很大程度上导致了能耗较高、污染难以控制。本文通过阐述硅锰合金生产工艺及其存在的问题，以问题为基础提出了针对性的对策。

关键词：硅锰合金；节能技术；高硅硅锰合金；生产工艺

一、主要元素功能介绍

在实际的炼钢工作流程中，锰元素更多是作用于脱氧剂。锰元素能够借助自身化学性质，将氧化物的熔点调低，从而使其漂浮在钢水表面。除此之外，通过锰元素的应用，硅铝制品的脱氧性能可以得到进一步优化。所以绝大部分工业炼钢流程，都会在熔炼过程中加入合适的锰元素以提升最终的锻造性能，增强刚才的韧性强度，防止在使用过程中出现断裂问题。

而在整个生铁锻造或者碳钢生产环节中，硅元素的重要作用也不容忽视，其实部分钢材熔炼，也会选择将硅元素作为脱氧剂应用，同时这种元素也能够有效增强碳钢结构的稳定程度和韧性，实现钢材性能的全方位优化。除此之外，硅元素，还具备特殊的石墨化介质属性，可以将生铁中的碳元素转化为对应的石墨碳。

二、硅锰合金生产节能技术分析及应用

（一）冶炼周期控制技术

冶炼周期控制技术，根据其字面意思，就是通过加热矿热炉实现硅锰合金演练周期的合理管控，适当增加冶炼时间，同时要注意不能超标。而在此前提下，矿炉内的熔炼反应区会逐渐针对各个元素进行重新控制，从而有效降低渣比。而在实际操作过程中，冶炼矿热炉的操作手法更加困难，同时炉内有功功率和温度

的提升也不容忽视，可能会引发相应的焦炭层反应区，并以此增强部分元素的还原率，生产工作节约大量能源。不过要注重对冶炼时间延长的控制标准，从而预防时间过长引发的铁温度超标，导致合金内部锰元素大量流失，并且mn回收率也会受到严重影响。在实际冶炼工作中，由于冶炼残渣较多导致的电能损耗问题也不容忽视。因此生产企业要结合自身技术能力，并且根据现场实际条件作出有效协调，积极调整冶炼时间。而大部分情况下，以小型矿热炉作为标准参照，其设置五小时左右的冶炼时间最为合适，而大型矿热炉则只需要3.5小时左右即可。

（二）直流矿热炉技术

ASEA公司在发展过程中首次推出现代直流电炉技术，随着近几年来的实践和应用，技术开始逐渐被铁合金冶炼行业所认并且广泛应用，尤其是部分硅锰合金生产企业应用频率最高。在该技术使用过程中，能够大幅降低电极消耗，同时保证电弧稳定程度，同时不会产生过大噪音，功率集中水平良好，并且拥有良好的生产效率。相对于单电极直流矿热炉而言，现代直流电炉技术内部温度设置更加平衡，能够有效避免炉料冷热区导致的部分问题，功率划分明确，可以将电极柱和烟罩等位置安放完善。不过，同样企业存在部分问题，比如在使用过程中可能会受到直流电源设备，大容器，变压器等相关条件的限制。因此考虑到三店及直流矿热炉的电极分布状况，我们可以在此基础上针对三项电极支流炉技术进行改良优化，从而创造更加适合国内实际生产需求和状况的热炉容量，和很多硅锰合金企业的厂房结构、三相电机设备配套，那么对于硅锰合金企业降低生产成本、改进工艺程序等意义重大，将帮助企业很好地实现技能目标。

（三）留铁法操作技术

在硅锰合金生产领域，日本拥有更加先进的生产技术和设备，其中最典型的莫过于留铁法操作技术。该项技术并未采取普遍的电弧热，而是选择炉渣电阻热取代及作用，并且持续扩张颅内反应区。依托与该基础上，进一步促进电耗水平降低，增强回收率，且实现产量增长。实际应用过程中，该技术的溶渣温度把控会更加容易，可以提升整体冶炼水平和稳定性。而另一方面，由于反应期得到扩张，所以在气体分布上会更加均匀，热量运用水平更高；分离的效率高，炉渣和

合金分离较彻底。硅锰合金和高碳锰铁的冶炼均可使用留铁法操作，相关技术指标可以大大改善，同时电炉生产能力也得到了保障和提高。

（四）低压补偿技术

进入21世纪以后，冶炼领域以及生产企业开始对矿热炉无功低压补偿设备进行实践研究，从而收获了前所未有的生产效率。无论是负载阻抗，变压器，又或者是短网等等关键问题，都是演练过程中经常面临的难题。而针对这部分问题，众多生产企业开始尝试借助低压无功补偿技术进行解决，从而实现功率的合理调整。在生产过程中，尤其以三项矿热炉作为代表，与低压无功补偿技术的适用性最强，借助各个电容环节的有效调节，就能够确保矿热炉内的气体或者温度达到平衡，增强最终生产效率，并且保障三相电极功率因数保持一致（大于0.9）。由于低压无功补偿技术的应用，确保了三相有功功率的平衡，整合了电炉的热力中心、功率中心以及炉膛中心，炉内坩埚能进行有效交流和扩张，实现热量的均匀分布和节能降耗。

（五）焦炭配入量和粒度级配调整技术

炉内焦炭层影响最终生产质量的关键因素，主要位于固态炉渣层和液压演练层之间，无论是厚度还是位置都会给电极造成巨大影响，所以对焦炭层的控制工作必须到位，从而保障电极工作单位置和电极操作能够趋于稳定。但是究竟该如何协调焦炭层厚度呢？这一点可以通过调整粒度，及增加焦炭配比量实现，随着一系列调控工作落实后，电极深度以及熔池温度会得到合理管控，电耗和渣比都能够得到有效降低。正常情况下，大型炉内的焦炭粒度要维持在15~30mm左右，小型炉中焦炭粒度只需要保持在10~20mm即可。

三、硅锰合金生产中存在的问题

（一）配料比问题

由于整个生产流程所需要用到的原材料种类繁多，同时还要严格参照标准化的配料比进行熔炼，而保障生产出的合金质量能够达到使用标准。不过，在实际生产流程下，仍然有许多工作人员对配料比不进行重视，严重缺乏质量管理及控

制意识。在材料投放过程中能遵守相关的标准需求和配比，同时也不积极对原材料进行检查称重，从而引发了质量不足或者更加严重的事故，造成材料大批浪费，给生产安全带来严重隐患，因此必须要对配料比问题进行全面调整。

（二）炉渣碱度问题

在实际生产流程中，必须要保障炉渣碱度维持在合理范围内，一旦其过高或者过低，都有可能导致生产效率受到影响。比如其碱度过高，就会大量提升炉渣出现概率，同时在排出时可能造成大量锰元素的浪费，如果炉料融化速度过快，有可能引发二氧化硅还原反应，导致合金内部的硅含量不足。但是如果碱度过低，又有可能引发硅元素还原效应，导致渣液粘稠度过高，不利于反应和排渣，从而造成合金内碳含量超标，硅含量不足，影响整体生产水平和效率。

（三）锰回收问题

进入生产环节以后，可以发现有接近70%~80%的锰元素会逐渐回归合金内部，然后其余部分会跟随炉渣被排除出去。而还原效应就是将部分浪费的猛元素，重新填充到合金内部，达到增强合金质量的目标。不过结合实际的工艺技术水平以及设备操作能力，国内合金生产依然面临着回收效率过低的难题，一方面是造成资源浪费，而另一方面则是由于生产过程中产生的有害物体，对周边环境以及人体造成严重危害。

四、纯净高硅硅锰合金生产工艺优化

（一）保证配料比的科学性

在生产环节中，原材料和还原剂质量如果处于较高水准，有可能造成导电性能的强化，在这种状况下，电流会持续升高，坩埚会随之缩小。适当观察炉火，还可以发现硅铁还原反应时大量还原剂未能充分反应。而在此基础上，锅炉内部二氧化硅还原水平并会有所提升，合金内部硅元素大量增加，从而提升其表面的光滑程度。但如果还原剂投入过少，可能造成电极插入深度加深，观察以后可以发现内部燃烧火焰均匀程度不一，电流稳定性也较差。而分析原因，主要是由于还原剂投入较少，造成锅炉内部二氧化硅含量增加，在出炉时也可能面临铁渣难

以分离的状况。这就需要结合实际状况，对配料比展开合理计算，给出较为适合的配碳量。例如，考虑到炉渣碱度较高的状况，就应该适当增加配碳量。也可以根据铁口的实际状况进行调整，如果铁口较窄，那就表明合金内部焦炭含量有所不足，应该适当减小配碳量。但如果铁口较为宽泛，就表明合金内部焦炭含量过高，应该适当增加配碳量。

（二）矿热炉的选择优化

在纯净高硅硅锰合金生产中，硅的还原本质上属于吸热反应流程，相对来说温度越高，硅还原效应就更加强烈，而合金内部的硅含量也就会随之增加。正常状况下，初期生产的焦炭配比量会呈现饱满状态，甚至于出现过剩，这就容易造成电极周围形成刺火反应，而如果锅炉内部布料状况能够满足生产标准，那么即便面临刺火现象，也能够确保生产工作顺利进行，有效预防电极刺火对锅炉内部造成的破坏作用。但进一步考虑到纯净高硅硅锰生产标准，大多数生产锅炉的温度都处于极高水平，其内部布料状况也基本能够满足生产需求。其中以吉林铁合金有限责任公司作为研究对象，公司在生产过程中运用了401半封闭矿热炉，也就是需要通过人工堆料的模式确保电极刺火得到妥善处置，同时在一定程度上能够提升化料速度，稳定炉内容炼温度，最终实现生产水平的有效增长。

（三）渣型选择优化

合适的渣型对于纯净高硅硅锰合金的生产有着极为重要的意义。纯净高硅硅锰合金中Si的含量要求较高，需要达到61%以上，因此在生产中必须配入大量的焦炭和硅石。在以往的生产中，为了避免加入大量焦炭和硅石引起起翻渣，通常会采用增加大量锰渣配入量的方法以提高炉渣碱度。但这种作法会使渣碱度极高，甚至达到中性渣的水平，实际上这样所获得的炉况效果并不好，极容易因为Sio 氧化反应凝结堵塞烟囱，经常绕坏胶管甚至一个班次烟囱堵塞五六次以上，严重影响生产效率和生产安全。同时，大量加入锰渣配入量，还会引起起炉温过高、刺火严重等现象，给水套、侧板、圈梁等带来威胁。因此，必须注意合适的渣型，根据实践验证，终渣大碱度控制在0.6-0.8之间最为合适。炉渣内CaO或MgO含量增时，炉渣粘度都能够降低，但相对来说钙渣型比镁渣型更为稳定，因此从镁渣型中还原Si比钙渣型中还原Si更为容易。

（四）熔炼操作优化

在硅锰合金的生产中，合金中的[Si]达到位25%左右时，要想再提高[Si]含量较为困难，含量越高难度越大。在熔炼操作中，加入一定量的硅铁可以有效的提升合金中的[Si]含量，并减少中间过渡产品的生成，随着冶炼的不断进行，可以慢慢撤掉硅铁，能过调整焦碳与硅石的配入量来满足合金成分的需要。由于纯净高硅硅锰合金的冶炼需要配入大量硅石，因此炉渣粘度极高，极容易附着在炉内，在生产过程中每炉渣铁必须排放干净，否则极容易引起起翻渣。此外，纯净高硅硅锰合金出炉温度极高，对出铁口的侵蚀极为严重，在熔炼操作中

还需要精心维护出铁口，经常剔净出铁口炉渣，修补出铁口，否则极容易烧坏炉眼或堵不上炉眼。

（五）降碳降磷优化

同样在生产流程中，要充分考虑到金属熔体内硅碳含量的协调状况。而且随着温度变化，硅元素以及碳元素的活跃程度会逐渐转化。达到特定温度以后，金属熔体内硅元素的含量会大幅度增长，相应的碳元素含量就会降低，所以要通过对应的方法提升硅含量。其主要采取手段包含温度降低，或者引入其他复合碳化物的形式，从而达到提升碳含量标准的目标。例如在出炉以后，可以将熔体先放置于室温状态下进行冷却，然后再开始浇筑，以确保其内部碳元素含量的稳定。除此之外便是还原脱磷法，这也是合金生产领域应用最为广泛的降临方法，可以借助还原脱离过程实现单质磷的快速反应，并且适用于高温环境。在生产中，提高铝含量能有效降低磷含量，但将会增加成本，通常采用提高硅含量的方法来达到脱磷要求。但在脱磷中要注意回磷现象，避免气相磷重新进入合金之中，因此要控制好脱磷时间。

参考文献

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[2]何清焕.硅锰行业的现状及未来发展趋向分析[J].今日财富,2020(19):12-13.

[3]王一明.硅锰合金电炉参数选择的探讨[J].冶金与材料,2019,39(06):36-37.

作者简介：李凌楠（1988.7---），男，2011年毕业于内蒙古科技大学冶金工程专业，本科学历，现就职于中冶东方工程技术有限公司